i+CCM 2.0: avanzando hacia la gestión inteligente de activos eléctricos
El proyecto busca avanzar hacia un nuevo paradigma de mantenimiento predictivo de cuadros eléctricos, a través de la aplicación de una sensórica avanzada, el uso de gemelos digitales y el despliegue de tecnologías IoT para anticipar y evitar fallos operativos en sistemas eléctricos.
Los resultados de la investigación se reflejarán en una solución que permita adelantar posibles incidencias, operativas o de mantenimiento, y evitar averías que merman en el día a día los índices de productividad interna, generando costes innecesarios asociados al mantenimiento.
Transformación del modelo de mantenimiento
El mantenimiento de activos eléctricos industriales enfrenta diversas limitaciones cuando depende exclusivamente de enfoques tradicionales. Este mantenimiento se realiza, en la actualidad, de manera mayormente preventiva o correctiva. El mantenimiento preventivo implica realizar inspecciones y reparaciones programadas en intervalos regulares, independientemente del estado real del equipo. Lo que a menudo conlleva la sustitución innecesaria de piezas e implica un uso importante de recursos y mano de obra cuya efectividad para evitar fallos y averías no está garantizada, dada su incapacidad para anticipar problemas que pueden surgir entre las revisiones planificadas. Por otro lado, el mantenimiento correctivo se limita a intervenir una vez ocurre una falla, lo que implica costosas interrupciones en la producción y un mayor tiempo de inactividad.
Así, la necesidad de mejorar la eficiencia y reducir los costos operativos está impulsando la transición hacia nuevos modelos de mantenimiento predictivo donde la digitalización desempeña un papel fundamental. La captura y gestión avanzada de datos en tiempo real constituye, en particular, un avance significativo en la eficiencia operativa, dado que permite monitorear de forma continua el estado de los activos y facilita la identificación temprana de posibles fallos.
Apuesta por la innovación tecnológica
Con el fin convertir esta necesidad tecnológica en oportunidad, originalmente se llevó a cabo un estudio de viabilidad para implantar un Centro de Control de Motores (CCM) inteligente en la nueva industria 4.0, a partir del cual se definió y desarrolló el proyecto de investigación industrial i+CCM. En el marco de este proyecto, finalizado en 2023, se diseñó y construyó un prototipo de CCM altamente sensorizado y con capacidad de interacción por medio de IoT que permite el análisis de datos de operación en tiempo real.
El proyecto i+CCM 2.0 da continuidad a esos desarrollos y tiene como objetivo ampliar las capacidades de aplicación del prototipo de CCM construido. En concreto, esta segunda fase investiga y desarrolla un gemelo digital que simula el comportamiento de un motor eléctrico asíncrono de jaula de ardilla sobre la base de datos proporcionados en tiempo real desde el CCM desarrollado.
El uso y operación en línea de este gemelo digital con el CCM inteligente constituye una innovadora solución que, en última instancia, ofrece un servicio adaptado a los parámetros específicos de uso de cada instalación, aportando múltiples beneficios: reducir al mínimo la indisposición de activos eléctricos por posibles averías, mejorar su rendimiento y eficiencia, aumentar su vida útil y evitar su reemplazo prematuro, etc.
Colaboración estratégica entre PYME
i+CCM 2.0 es un proyecto en colaboración dinamizado por el Cluster de Energía e Innovasturias, en el que han unido sus capacidades 3 PYME: EQUIPEL, empresa especializada en ingeniería y fabricación a medida de celdas de media-alta tensión, cuadros de baja tensión, etc.; SOAR Ingeniería, especializada en prototipado virtual, diseño, cálculo y simulación de componentes; y EIA21, ingeniería que ofrece soluciones para instalaciones industriales. El Cluster de Energía se responsabiliza, junto con Innovasturias, de la coordinación del proyecto, encargándose además de la difusión de los resultados a nivel nacional para lograr un mayor alcance de los mismos.
El proyecto está apoyado por el Ministerio de Industria y Turismo, dentro del programa de apoyo a las Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEI) para contribuir a la mejora de la competitividad de la industria española, y por la Unión Europea, a través del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia (PRTR).
Precisamente, la transformación digital de la industria, basada en los datos, es una de las principales líneas de intervención en el marco del PRTR, dentro de la Política Industrial España 2030. En este contexto emergente, el conocimiento generado por i+CCM 2.0 refuerza las capacidades de las PYME socias y les habilita para desarrollar oportunidades destinadas a una oferta de productos y servicios digitales de alto valor añadido.
Desarrollos que aborda el proyecto
En relación a la sensórica, i+CCM 2.0 diseña y desarrolla los equipos necesarios para extender las señales recogidas más allá de los parámetros propios del CCM, incorporando nuevas señales asociadas al motor eléctrico: temperatura, humedad, temperatura devanados, corrientes de fuga, vibración cojinetes, etc.
Asimismo, la construcción y validación del gemelo digital del motor asíncrono de jaula de ardilla requiere de una infraestructura que permita obtener la información de múltiples escenarios de funcionamiento real del motor. Para ello, se hace uso de un banco de ensayos ensamblado en taller, conectado al prototipo iCCM, en el que el motor a estudiar es frenado por otra máquina, también asíncrona de inducción, a la que está acoplado mediante un eje mecánico que funciona como generador. Esta configuración permite estudiar el comportamiento del motor sometido a diferentes regímenes de carga, integrando y procesando los datos recopilados. Los escenarios ensayados incluyen la operación a potencia nominal e intermedias, con condiciones exteriores de temperatura y humedad distintas, así como escenarios de sobrecarga o funcionando en vacío.
Los datos procesados se utilizan para la construcción de un modelo que responda fielmente al motor real. El proyecto abarca también el diseño de los controladores que permitan la gobernanza del gemelo digital, así como el desarrollo de las comunicaciones necesarias para su interacción con el CCM. Asimismo, i+CCM 2.0 plantea obtener, a partir de este gemelo, otro de orden reducido de complejidad que reduzca el tiempo de ejecución y los recursos computacionales necesarios para su uso y operación en línea.
Para verificar la exitosa consecución de los objetivos técnicos del proyecto y obtener información sobre la eficiencia computacional del modelo de gemelo digital de orden reducido, se llevará a cabo un programa de pruebas de validación que incluirá puntos normales de funcionamiento, así como escenarios proclives o límite interesantes desde el punto de vista del mantenimiento y vida útil.
